新聞主題	關于柴油發電機主備蓄電池的方案

 

摘要：康明斯發電機公司在本文闡述了利用柴油發電機組的控制器，設計了柴油發電機主、備啟動蓄電池的自動切換方案，消除了手動切換方式存在的安全隱患，提升備用電源應用的安全性、智能性、經濟性、穩定性。同時用于柴油發電機的雙路電池系統，有兩個獨立的充電電源回路，可以對主備用蓄電池(兩組電池)分別充電，且互不影響，避免蓄電池虧電的情況出現。并且使用新技術對現有的監控系統進行改造，為優化監控系統的構建提供了極大的幫助，使現有的遠程監控系統不斷得到完善。

 

一、設計方案的組成及工作原理

      柴油機發電機組是確保電力的重要備用電源，為了確保柴油發電機組在啟動時能有足夠的啟動電能供給，每個柴油發電機組都配備了主備各一組啟動蓄電池，當主用蓄電池不能正常工作導致柴油發電機無啟動電能時，就需要切換到備用蓄電池啟用柴油發電機組，可是目前大多數臺站主、備蓄電池之間的切換方式是通過雙向閘刀開關來實現，也就是當柴油發電機組啟動失敗時，還必需有人在現場檢查，判斷是不是蓄電池故障，當判定是蓄電池故障后，人工手動將雙向閘刀開關切換到備用蓄電池，再次手動啟動柴油發電機組。這樣傳統的處理方法無疑不能滿足用現代化科技實現遠程監控和智能一體化的發展需求，本文將針對康明斯PCC3.3控制器帶有電池電壓數據采集比對功能、開關量輸入/輸出功能和帶標準的RS232通信接口的特點，設計了柴油發電機主、備啟動蓄電池自動切換方案。

1、系統組成和功能分析

      設計方案由一臺康明斯PCC3.3控制器、控制器RS232通訊模塊、2個大電流KM接觸器、4個小電流繼電器、1個雙向閘刀開關、2個指示燈、6個小開關及一批導線和一批二極管等設備組成。原理如圖1所示，起動系統啟停電路如圖2所示。

      在設計方案中，康明斯PCC3.3控制器做為最核心的元器件，負責電池數據采集、比對和開關量輸入/輸出，繼電器K1、K5負責選擇控制KM1、KM2接觸器的線包電壓通斷，從而實現和選擇主備蓄電池的通斷，繼電器K8負責控制顯示面板主用/備用蓄電池指示燈及備用電池報警反饋；控制器RS232通訊模塊負責與上位機通訊，向上位機報送設備狀態、參數、性能、故障記錄；當自動控制系統出現故障時QS雙向閘刀能快速的甩開控制系統切換啟動電源到備用蓄電池上；其它開關和導線是實現電源的通斷；電路中的二極管是防止線路過壓燒毀設備。

2、設計系統的工作原理

（1）控制部分的工作原理

      主備電池輸出開關JD1、JD2、SA1合閘后，電池會給康明斯PCC3.3控制器提供24V的工作電壓，控制器對電池供電電壓進行采集，電壓采集數值在預設正常范圍內，控制器B07輸出口輸出低電平，K5、K8繼電器不工作，當需要啟動柴油發電機組時，第一步是控制器B02口輸出一個高電平，K2繼電器線包通電工作，柴油發電機組油閥系統打開，同時斷開U1開關電源與主用蓄電池連接線路，第二步是控制器B01口也輸出一個高電平，K1繼電器線包通電工作，K1常開點吸合時KM1、K19接觸器線包形成回路，KM1、K19觸點吸合，充電發電機和啟動馬達與電池接通，柴油發電機組啟動完成；當控制器采集到的電池電壓超限時，控制器B07口輸出一個高電平，繼電器K5、K8線包通電工作，繼電器K5、K8的常開點吸合，當需要啟動柴油發電機組時，第一步是控制器B02口輸出一個高電平，K2繼電器線包通電工作，柴油發電機組油閥系統打開，同時斷開U2開關電源與主用蓄電池連接線路，第二步是控制器B01口也輸出一個高電平，K1繼電器線包通電工作，K1常開點吸合時KM2、K19接觸器線包形成回路，KM2、K19觸點吸合，充電發電機和啟動馬達與電池接通，柴油發電機組開始工作，柴油發電機組啟動完成。

      當康明斯PCC3.3控制器失效或者是需要手動切換到備用蓄電池使用時，可以直接將SA2旋鈕開關合上，使繼電器K5、K8線包通電，通電后的工作原理與上述“當康明斯PCC3.3控制器采集到的電池電壓超限時”的工作原理一樣，當再次想手動切換回主用蓄電池時，只需將SA2旋鈕開關分斷，繼電器K5、K8線包斷電不工作，常閉點吸合，柴油發電機組啟動電能恢復到主用蓄電池工作。

      當康明斯PCC3.3控制器、K5繼電器、K8繼電器、KM1接觸器、KM2接觸器、連接的線路損壞不能自動切換，或者是手動旋鈕SA2開關不能自動切換時，可以將QS雙向閘刀開關置于備用電池端，直接將備用蓄電池啟動電能供給柴油發電機組，從而完成柴油發動機組的啟動，滿足了系統故障快速響應要求。

（2）顯示部分工作原理

      當處于主用蓄電池工作時，繼電器K8不工作，主用蓄電池指示燈會因K8的常閉點接通形成回路點亮，當處于備用蓄電池工作時，備用蓄電池指示燈會因K8的常開點吸合接通形成回路點亮，同時主用蓄電池工作指示燈會因K8常閉點斷開而熄滅。此外當選擇備用蓄電池工作時，K8常開點吸合，會通過控制器B16口給控制器一個“備用電池反饋”信號，同時康明斯PCC3.3控制器會將采集到設備狀態、參數、性能、故障進行檢測和記錄，通過控制器RS232通訊模塊上報給上位機，遠程監控客戶端會顯示出現場的狀態，實現了遙控檢測功能，當排除主用蓄電池故障后，按一下SB2摁鍵復位，會消除控制器的電池故障報警。

圖1  柴油發電機的雙路電池系統接線圖

圖2  柴油發電機啟停電路示意圖

 

二、設計方案的設備選型與配置

      設計方案的實現，需要定義好康明斯PCC3.3控制器開關量輸入/輸出口的功能，目前在市場上康明斯控制器系列產品有兩種版本，一種是沒有PLC功能的控制器，需要定義好模擬量采集和開關量輸入/輸出口參數。

（1）將發動機保護功能中電池電壓高設置為36V、電池電壓低設置為18V、電池電壓延時設置為5S,目的是將電池電壓設定一個正常范圍和告警范圍；

（2）設置控制器開關量輸入/輸出口的功能，定義開關量輸出口第一口為啟動馬達功能，定義開關量輸出第二口為燃料閥功能，定義開關量輸出第七個口為電池故障報警輸出功能，定義開關量輸入口第六口為備用電池反饋功能，定義開關量輸入口第七口為故障復位按鍵功能。另一種是在上一種版本的基礎上增加了PLC功能，其實質的工作原理一樣，只是很多條件和顯示狀態能在PLC功能上實現，在使用中編輯PLC滿足一定的條件后輸入/輸出各關量，顯示和比對在PLC功能里實現，只需定義一個開關量輸出口為切換主備蓄電池的功能即可。

（3）推薦采用二段式蓄電池充電模式，充電曲線如圖3、圖4所示。二段式只有恒流和浮充，也是目前在國內市場使用是廣泛的充電器。按照國際標準充電方法，鉛酸蓄電池的浮充電壓不允許超過電池額定電壓的1.14倍，而實際上這個電壓是不能充滿電池的。因此這種充電器存在永遠也不能充滿電池的問題，還會因電池的記憶效應導容量不斷降低。

       柴油發電機組啟動電流達到幾百安培，而且柴油發電機組功率越高，啟動電流越大，因此，在其他設備配置選型上，首要考慮條件是能滿足通過電流的容量，特別是KM接觸器和QS雙向閘刀開關的選型要滿足幾百安培的直流大電流通過。

 

圖3  啟動電瓶二段式充電曲線圖

圖4  蓄電池恒壓和恒流充電曲線圖

 

總結：

      該設計方案的解決柴油發電機組主備蓄電池傳統的切換方式，提升備用電源應用的安全性、智能性、經濟性、穩定性，并且使用新的技術對現有的監控系統進行改造，為當前臺站優化監控系統的構建提供了極大的幫助，使現有的遠程監控系統不斷得到完善。

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